FR3111384A1 - Mélangeur de réducteur pour gaz d’échappement - Google Patents

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Abstract

Mélangeur de réducteur pour gaz d’échappement L’invention concerne un mélangeur (1) pour mélanger un gaz d’échappement et un réducteur, comprenant une galette (2) perforée d’une pluralité de trous (3) traversants, apte à être disposée, de manière étanche, en travers d’une conduite (C) de gaz d’échappement, et une alimentation (4) en réducteur, où la galette (2) comprend un réseau de canalisations (5) reliant l’alimentation (4) à une pluralité de débouchés (8) débouchant à la surface de la galette (2). Figure pour l'abrégé : Figure 1

Description

Mélangeur de réducteur pour gaz d’échappement
L’invention concerne un mélangeur de réducteur pour gaz d’échappement. Un tel mélangeur, est typiquement disposé dans une ligne d’échappement d’un moteur à combustion interne. Il a pour fonction de mélanger un fluide réducteur, classiquement de l’ammoniac ou une solution aqueuse d’urée : AUS 32, DEF, avec le gaz d’échappement, pour préparer le traitement du mélange par un réducteur catalytique sélectif (en anglais : « selective catalytic reduction » ou SCR) afin de réduire les oxydes d’azote.
Il est connu de réaliser un piquage sur une conduite de gaz d’échappement pour injecter un flux de réducteur dans le flux de gaz d’échappement.
Cependant un unique point d’injection de réducteur ne garantit pas un mélange homogène du réducteur avec le gaz d’échappement.
Aussi, l’invention propose un mélangeur comprenant plusieurs points d’injection de réducteur, sensiblement équirépartis dans la section du flux de gaz d’échappement.
Pour cela, l’invention a pour objet un mélangeur pour mélanger un gaz d’échappement et un réducteur, comprenant une galette perforée d’une pluralité de trous traversants, apte à être disposée, de manière étanche, en travers d’une conduite de gaz d’échappement, et une alimentation en réducteur, où la galette comprend un réseau de canalisations reliant l’alimentation à une pluralité de débouchés débouchant à la surface de la galette.
Des caractéristiques ou des modes de réalisation particuliers, utilisables seuls ou en combinaison, sont :
- un débouché débouche à proximité d’un trou, et tous les débouchés débouchent dans une même face de la galette,
- le réseau de canalisations comprend un réseau principal suivant les frontières d’un pavage hexagonal, préférentiellement triangulaire ou carré, avec un trou disposé dans chaque polygone, préférentiellement sensiblement au centre,
- une canalisation présente un rétrécissement au débouché,
- un rétrécissement est réalisé par un capillaire creusé entre le réseau principal et un débouché,
- la galette est monobloc, et le réseau de canalisations est disposé dans l’épaisseur de la galette,
- la galette comprend deux disques,
- les deux disques sont adjacents, et le réseau de canalisations est ménagé à l’interface entre les deux disques,
- le profil d’une canalisation est creusé dans une face d’au moins un disque et refermé par une face de l’autre disque, préférentiellement plane, en regard,
- un rétrécissement est réalisé par un jeu faible entre les deux disques,
- le plan des trous est identique pour les deux disques, et les trous d’un disque sont alignés avec les trous de l’autre disque,
- le plan des trous est différent d’un disque à l’autre, et/ou les trous d’un disque ne sont pas alignés avec les trous de l’autre disque,
- l’alimentation est connectée en tout ou partie de la périphérie de la galette ou préférentiellement en son centre.
Dans un deuxième aspect de l’invention, une ligne d’échappement comprenant un tel mélangeur.
L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, faite uniquement à titre d’exemple, et en référence aux figures en annexe dans lesquelles :
montre, en vue perspective, un mode de réalisation avec un pavage triangulaire,
montre, en vue perspective, un autre mode de réalisation avec un pavage carré,
montre en vue perspective, un autre mode de réalisation avec un pavage hexagonal,
montre en vue perspective coupée, un mode de réalisation avec une galette monobloc,
montre en vue perspective coupée, un autre mode de réalisation avec une galette composée de deux disques,
montre en vue perspective, un autre mode de réalisation avec une galette composée de deux disques,
montre en vue de profil coupée, le détail d’un débouché, dans un mode de réalisation avec une galette monobloc,
montre en vue de profil coupée, le détail d’un débouché, dans un mode de réalisation avec une galette composée de deux disques.
En référence à la figure 1, l’invention concerne un mélangeur 1 pour mélanger un gaz d’échappement et un réducteur. Le gaz d’échappement est typiquement issu d’un moteur à combustion interne, tel celui d’un véhicule automobile. Le réducteur est typiquement un fluide ammoniaqué. Il peut s’agir directement d’ammoniac sous forme gazeuse ou d’un liquide telle une solution aqueuse d’urée : AUS 32, DEF apte à libérer de l’ammoniac. Le mélange du gaz d’échappement avec le fluide réducteur a pour fonction de préparer un traitement catalytique dans un réducteur catalytique sélectif (en anglais : « selective catalytic reduction » ou SCR). Ceci permet de dépolluer le gaz d’échappement en réduisant les oxydes d’azote.
Pour réaliser ce mélange, le mélangeur 1 selon l’invention comprend une galette 2. Cette galette 2 est disposée en travers d’une conduite C de gaz d’échappement. La galette 2 est assemblée de manière étanche avec la conduite C. Elle est perforée d’une pluralité de trous 3 traversants la galette 2. Ainsi, la galette 2 s’oppose au flux de gaz d’échappement qui ne peut s’écouler d’un côté à l’autre de la galette 2 qu’au travers des trous 3.
Les trous 3 peuvent être de forme et de disposition quelconques. Avantageusement, les formes des trous 3 sont identiques d’un trou à l’autre. Une forme avantageuse, car simple à fabriquer, est, telle qu’illustrée, la forme circulaire.
Le mélangeur 1 selon l’invention comprend encore une alimentation 4 en réducteur.
Selon une caractéristique, la galette 2 comprend un réseau de canalisations 5 reliant l’alimentation 4 à une pluralité de débouchés 8 débouchant à la surface de la galette 2. Ainsi, du réducteur est apporté en différents points répartis sur la galette 2 pour être mélangé au gaz d’échappement.
Ceci permet avantageusement de réaliser un mélangeur 1 multipoint en ce qu’il comprend une pluralité de points d’introduction de réducteur. Ceci est avantageux en ce que cela facilite une distribution répartie du réducteur et ainsi un mélange homogène du réducteur avec le gaz d’échappement.
De plus, la structure de « grille » apportée par la galette 2 crée une contrainte sur la circulation du gaz d’échappement à l’abord des trous 3 sous forme d’un étranglement qui provoque un écoulement tourbillonnant à la sortie des trous 3 créant un brassage qui améliore le mélange du réducteur avec le gaz d’échappement.
Selon une autre caractéristique, un débouché 8 débouche à proximité d’un trou 3, et tous les débouchés 8 débouchent dans une même face de la galette 2.
Selon une autre caractéristique, le réseau de canalisations 5 comprend un réseau principal. Ce réseau principal est composé d’« artères » de section relative plus importante. Ce réseau permet de diffuser le réducteur dans sensiblement toute la surface de la galette 2.
Avantageusement, ces artères suivent les frontières d’un pavage de la surface de la galette 2. Ce pavage peut être quelconque. Avantageusement il peut être retenu les pavages simples tel qu’un pavage hexagonal, plus particulièrement illustré aux figures 3 et 5, ou encore un pavage triangulaire, plus particulièrement illustré à la figure 1, ou encore un pavage carré, plus particulièrement illustré aux figures 2 et 3. Les deux derniers, triangulaire et carré, sont préférés, en ce qu’ils comportent avantageusement des artères rectilignes de part en part, plus simples à réaliser, par exemple, par perçage.
Tous ces pavages, hexagonal, carré ou triangulaire, sont réalisés avec un motif élémentaire qui est un polygone. Selon une autre caractéristique, un trou 3 est disposé dans chaque polygone, préférentiellement sensiblement en son centre. Ceci est un moyen de disposer les trous 3 de manière répartie sur la surface de la galette 2.
Afin que le débit de réducteur en chacun des points de sortie, au débouché 8 de chacune des canalisations 5, soit sensiblement identique, et ce indépendamment de la longueur de la canalisation 5 depuis l’alimentation 2 jusqu’au débouché 8, selon une caractéristique avantageuse, une canalisation 5 présente un rétrécissement à son débouché 8. Cette caractéristique, couplée avec une surpression dans le réseau de canalisation 5 permet de garantir que les débits de réducteur sont identiques d’un débouché 8 à l’autre.
Selon un premier mode de réalisation du rétrécissement, plus particulièrement illustré à la figure 4, un rétrécissement est réalisé par un capillaire 8 creusé entre le réseau principal et la surface de la galette 2. Un tel capillaire 8, qui présente une section nettement plus faible que celle du réseau principal, assure la distribution de réducteur au niveau d’un débouché 8 en formant la partie terminale d’une canalisation 5 tout en réalisant un rétrécissement.
Selon un premier mode de réalisation de la galette 2, plus particulièrement illustré à la figure 4, la galette 2 est monobloc, composé d’un disque 6. Dans cas, le réseau de canalisations 5 est disposé dans l’épaisseur de la galette 5. Une telle galette 2 peut être réalisée par moulage, estampage, usinage, impression 3D ou encore frittage. Les pavages carré et triangulaire sont préférentiellement retenus en ce que les canalisations 5 rectilignes, peuvent être réalisées par perçage.
La galette 2 peut avantageusement comprendre deux disques 6, 7.
Selon un autre mode de réalisation de la galette 2, plus particulièrement illustré aux figures 1, 3, 5, 6, les deux disques 6, 7 formant une galette 2 sont sensiblement adjacents. Le réseau de canalisations 5 est alors ménagé à l’interface entre les deux disques 6, 7.
Selon une autre caractéristique, le profil d’une canalisation 5 est creusé dans une face d’au moins un disque 6. Ce profil est refermé par une face de l’autre disque 7, préférentiellement plane, en regard. Ainsi, il est possible d’avoir une partie du profil d’une canalisation 5 dans une face d’un disque et la partie complémentaire de ce profil dans la face de l’autre disque en regard.
Selon une caractéristique avantageuse, plus particulièrement illustrée à la figure 5, le profil d’une canalisation est presque entièrement creusé ou formé dans un des disques 6, 7, avec un profil sensiblement en U. Ce profil est fermé par l’autre disque 6, 7, avantageusement plan qui vient relier les deux branches du U. Cette seconde caractéristique est avantageuse en ce qu’elle simplifie la réalisation du disque plan.
La réalisation du réseau de canalisation 5 dans l’un ou les deux disques 6, 7, peut se faire par usinage, tel qu’illustré aux figures 1 et 3 ou encore par formage, tel qu’illustré à la figure 5, ou par toute autre méthode : moulage, frittage, impression 3D, …
Pour le mode de réalisation avec deux disques 6, 7, un rétrécissement peut être réalisé comme précédemment décrit par un capillaire. Selon une autre caractéristique, un rétrécissement peut alternativement être réalisé en ménageant un jeu faible entre les deux disques 6, 7, de manière à permettre, entre les deux disques 6, 7, dans une portion où ils sont sensiblement en contact, un écoulement faible à l’instar d’un capillaire, entre les deux disques 6,7.
Une galette 2 monobloc comprend un disque 6. Elle est peut être complétée par un deuxième disque 7.
Selon une autre caractéristique, le plan des trous 3 est identique pour les deux disques 6, 7, et les trous 3 d’un disque 6, 7 sont alignés avec les trous 3 de l’autre disque 6, 7. Cette caractéristique est aussi reproduite par une galette 2 monobloc.
Selon une autre caractéristique, les trous 3 d’un disque 6, 7 ne sont pas alignés avec les trous 3 de l’autre disque 6, 7. Ceci peut être obtenu avec un même plan des trous 3 d’un disque 6, 7, à l’autre, mais décalé typiquement angulairement, ou avec des plans des trous 3 différents, ou les deux. Cette caractéristique est avantageuse en ce qu’elle permet d’augmenter encore l’effet tourbillonnant du gaz d’échappement, favorable à la qualité du mélange.
L’alimentation 4 apporte le réducteur à la galette 2. La connexion de l’alimentation 4 à la galette 2 se fait typiquement en un point. Selon une première caractéristique, ce point est situé à la périphérie de la galette 2. Cette caractéristique est avantageuse en ce qu’un point périphérique est plus simple à atteindre. Ensuite, depuis ce point, telle qu’illustrée aux figures 1-6, une distribution périphérique est avantageusement réalisée par une chambre sensiblement torique 10 couvrant tout ou partie de la périphérie, afin d’avantageusement équilibrer les pressions de réducteur tout autour de la galette 2.
Selon une caractéristique alternative, le point de connexion de l’alimentation 4 avec la galette 2 est disposé en un point de la galette 2. Ce point est préférentiellement central en ce que cela équilibre naturellement les pressions de réducteur.
Les figures 7 et 8 illustre le détail de la réalisation d’un débouché 8 et son rétrécissement par capillaire. La figure 7 illustre un mode de réalisation monobloc. La figure 8 illustre un mode de réalisation avec deux disques 6, 7 adjacents.
L’invention a été illustrée et décrite en détail dans les dessins et la description précédente. Celle-ci doit être considérée comme illustrative et donnée à titre d’exemple et non comme limitant l’invention à cette seule description. De nombreuses variantes de réalisation sont possibles.
1 : mélangeur,
2 : galette,
3 : trou,
4 : alimentation,
5 : canalisation,
6, 7 : disque,
8 : débouché,
10 : chambre torique.

Claims (14)

  1. Mélangeur (1) pour mélanger un gaz d’échappement et un réducteur, comprenant une galette (2) perforée d’une pluralité de trous (3) traversants, apte à être disposée, de manière étanche, en travers d’une conduite (C) de gaz d’échappement, et une alimentation (4) en réducteur, caractérisé en ce que la galette (2) comprend un réseau de canalisations (5) reliant l’alimentation (4) à une pluralité de débouchés (8) débouchant à la surface de la galette (2).
  2. Mélangeur (1) selon la revendication 1, où un débouché (8) débouche à proximité d’un trou (3), et tous les débouchés (8) débouchent dans une même face de la galette (2).
  3. Mélangeur (1) selon l’une quelconque des revendications 1 ou 2 où le réseau de canalisations (5) comprend un réseau principal suivant les frontières d’un pavage hexagonal, préférentiellement triangulaire ou carré, avec un trou (3) disposé dans chaque polygone, préférentiellement sensiblement au centre.
  4. Mélangeur (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, où une canalisation (5) présente un rétrécissement au débouché (8).
  5. Mélangeur (1) selon la revendication 4, où un rétrécissement est réalisé par un capillaire creusé entre le réseau principal et un débouché (8).
  6. Mélangeur (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, où la galette (2) est monobloc, et le réseau de canalisations (5) est disposé dans l’épaisseur de la galette (5).
  7. Mélangeur (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, où la galette (2) comprend deux disques (6, 7).
  8. Mélangeur (1) selon la revendication 7, où les deux disques (6,7) sont adjacents, le réseau de canalisations (5) étant ménagé à l’interface entre les deux disques (6, 7).
  9. Mélangeur (1) selon la revendication 8, où le profil d’une canalisation (5) est creusé dans une face d’au moins un disque (6) et refermé par une face de l’autre disque (7), préférentiellement plane, en regard.
  10. Mélangeur (1) selon l’une quelconque des revendications 8 ou 9, où un rétrécissement est réalisé par un jeu faible entre les deux disques (6, 7).
  11. Mélangeur (1) selon l’une quelconque des revendications 7 à 10, où le plan des trous (3) est identique pour les deux disques (6,7), et les trous (3) d’un disque (6, 7) sont alignés avec les trous (3) de l’autre disque (6, 7).
  12. Mélangeur (1) selon l’une quelconque des revendications 7 à 10, où le plan des trous (3) est différent d’un disque (6,7) à l’autre, et/ou les trous (3) d’un disque (6, 7) ne sont pas alignés avec les trous (3) de l’autre disque (6, 7).
  13. Mélangeur (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, où l’alimentation (4) est connectée en tout ou partie de la périphérie de la galette (2) ou préférentiellement en son centre.
  14. Ligne d’échappement, caractérisée en ce qu’elle comprend un mélangeur (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes.
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Citations (5)

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